КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 23-22-00242

НазваниеКорональные димминги и их связь с направлением корональных выбросов массы и восстановлением солнечной короны

РуководительПодладчикова Татьяна Владимировна, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Сколковский институт науки и технологий», г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 2023 г. - 2024 г. 

Конкурс№78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-703 - Солнце и Солнечная система

Ключевые словаСолнце, корональные выбросы массы, корональные димминги, солнечная активность, космическая погода

Код ГРНТИ41.21.19


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Корональные выбросы массы (КВМ), гигантские облака намагниченной плазмы, которые выбрасываются из короны Солнца в межпланетное пространство со скоростями от нескольких сотен до 3500 км/с, являются основным источником сильных геомагнитных бурь и последствий космической погоды на Земле, оказывающей существенное влияние на технику и биологические объекты космического и наземного базирования. Однако ранняя эволюция КВМ, в особенности направленных на Землю, плохо прослеживается с помощью традиционных коронографов, перекрывая солнечный диск на несколько его радиусов, и в целом определение свойств КВМ затруднено из-за ошибок проекции. Кроме того, на сегодняшний день нам доступны только два коронографа на борту спутников STEREO-A (Solar Terrestrial Relations Observatory) и SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), а новые подобные миссии на борту с коронографами, ожидаются не раньше, чем через несколько лет. Наиболее заметными явлениями, непосредственно связанными с КВМ, в особенности направленными на Землю, являются корональные димминги - локальные области пониженного излучения в крайнем ультрафиолетовом (EUV) и мягком рентгеновском (SXR) диапазоне, которые формируются из-за потери массы и расширения КВМ в нижней короне Солнца. Наблюдения диммингов уникальны и имеют высокую научную значимость, поскольку они наблюдаются в течение полной эволюции КВМ на Солнце, начиная с фазы перед выбросом, и заканчивая восстановлением короны после события. Таким образом, в данном проекте планируется рассмотреть следующие актуальные вопросы: 1. Взаимосвязь между корональными диммингами и корональными выбросами массы (КВМ): как ранняя эволюция и морфология диммингов связана с направлением распространения КВМ? 2. Время жизни димминга: как и когда происходит восстановление солнечной короны после выброса КВМ, и как долго КВМ /магнитный поток еще связаны с Солнцем? Изучение корональных диммингов представляет актуальный интерес в особенности для детектирования КВМ, направленных на Землю, поскольку они дают информацию о возникновении и ранней эволюции КВМ еще до того, как событие будет наблюдаться коронографами на линии Солнце-Земля. Научная новизна поставленной задачи заключается в следующем: 1. Впервые будут предложены методы использования димминга как раннего индикатора направления КВМ. Будут разработаны подходы к поиску взаимосвязи между эволюцией и морфологией диммингов и КВМ, и будут разработаны методы определения направления распространения КВМ на раннем этапе его эволюции по результатам идентификации димминга. 2. В данном проекте впервые будут использоваться длительные наблюдения корональных диммингов (2-3 суток от времени начала КВМ) с разных точек обзора: на диске Солнца с помощью SDO (Solar Dynamics Observatory) и за солнечным лимбом с помощью STEREO для оценки процессов реконфигурации и восстановления короны после КВМ, а также как долго КВМ еще связаны с Солнцем. Впервые будет рассматриваться эволюция полного региона коронального димминга и его отдельных областей (первичные и вторичные димминги), имеющих различную природу образования.

Ожидаемые результаты
1. Разработка методов оценивания доминирующего направления развития димминга на основе оценки эволюции интенсивности и площади димминга. 2. Разработка методов сравнения направления развития КВМ с доминирующим направлением развития димминга на основе 3D реконструкции КВМ. 3. Разработка методов анализа связи геометрии проекции КВМ на солнечную сферу и геометрии димминга, а также его эволюции. Разработка методов раннего прогнозирования направления развития КВМ по данным диммингов. Проведение моделирования КВМ/диммингов (используя геометрическую модель конуса КВМ) и подробных тематических исследований хорошо наблюдаемых диммингов и наблюдаемых КВМ для установления взаимосвязи между ними. 4. Разработка методов анализа времени жизни димминга для оценки процессов реконфигурации короны на основе использования многоточечных спутниковых наблюдений диммигов как на диске Солнца, так и за солнечным лимбом. Это позволит нам оценить, как и когда происходит восстановление и восполнение солнечной короны после выброса КВМ, и как долго КВМ/магнитный поток еще связаны с Солнцем. Данные результаты по использованию уникального потенциала диммингов, инициированных КВМ, имеют большое научное значение и вносят существенный прогресс в астрофизику (см. недавнее открытие диммингов, вызываемых КВМ, на звездах солнечного типа, Veronig. et. al., 2021), включая физику Солнца, физику звездных атмосфер и солнечно-земную физику, а также имеют большую практическую важность и актуальность для обеспечения ранних прогнозов космической погоды. Данные результаты можно отнести к проблеме предупреждения опасных явлений природного происхождения.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
1. Были разработаны методы оценивания доминирующего направления развития димминга с использованием автоматического детектирования и секторного анализа диммингов на основе оценки эволюции площади димминга. Для более точной оценки площади димминга на сфере, и в частности, площади димминга, расположенного ближе к солнечному лимбу, был разработан метод оценки площади поверхности сферы для каждого пикселя на основе решения двойного интеграла по контуру с помощью комбинирования аналитических и численных методов. Было показано, что для события 1 октября 2011 г., димминг распространяется на юго-восток. Для события 6 сентября 2011 г. было получено, что эволюция димминга доминирует в основном в северо-западном направлении. Для события 28 октября 2021 было показано, что большая часть димминга преобладает в южных секторах. 2. Были разработаны методы сравнения направлений развития КВМ/магнитного потока и димминга с помощью 3D реконструкции эруптивных протуберанцев и 3D реконструкции КВМ, и была установлена связь между между диммингом, протуберанцем и КВМ. Была выполнена 3D реконструкция эруптивного протуберанца с помощью методов эпиполярной геометрии в нижних слоях солнечной короны в EUV, а также 3D реконструкции КВМ с помощью модели градуированной цилиндрической оболочки (GCS) в белом свете в более высоких слоях короны с целью определения направления распространения КВМ/магнитного потока в 3D. Для события 28 октября 2021 г., было показано, что доминирующее направление развития димминга совпадает ортогональными проекциями 3D вершин протуберанца, и таким образом отражает направление его распространения в низких слоях солнечной короны, хотя эволюция протуберанца не связана напрямую с направлением глобального распространения КВМ. В то же время, было получено, что общая морфология димминга соответствует внутренней части круассана GCS, указывая на четкую пространственную связь между диммингом и КВМ, что подтверждает возможность использования наблюдений диммингов для получения информации о направлении распространения КВМ. 3. Было проведено моделирование КВМ в 3D на основе геометрической модели конуса КВМ для разных параметров (ширина, высота, радиальное направление, отклонение от радиального направления, расположение эруптивного центра на солнечном диске) и было установлено влияние КВМ на форму ортогональных проекций КВМ на солнечную сферу, чтобы проанализировать как потеря солнечной плазмы проявляется в виде коронального димминга. Моделирование проводилось для девяти вариантов источника КВМ на сфере, среди которых один из вариантов - это центр солнечного диска, а остальные восемь - в 4 квадрантах (по 2 точки в каждом квадранте: одна возле центра диска, а другая — возле лимба). Рассматриваемые квадранты включали правую верхнюю (северо-западную), верхнюю левую (северо-восточную), левую нижнюю (юго-восточную) и правую нижнюю (северо-западную) части солнечной сферы. Было показано, что с ростом высоты и ширины конуса, площадь ортогональной проекции КВМ на сферу, и ее форма изменяется от круга к эллипсу, в зависимости от угла отклонения от радиального направления и положения эруптивного центра на сфере. 4. Был разработан метод DIRECD (Dimming InfeRred Estimate of CME Direction) для раннего прогнозирования направления развития КВМ по данным диммингов. Метод включает в себя следующие этапы. Во-первых, было проведено 3D моделирование КВМ на основе геометрической модели конуса КВМ для разных параметров КВМ, и было проанализировано влияние КВМ на форму ортогональных проекций КВМ на солнечную сферу. Во-вторых, определялось доминирующее направление развития димминга и решалась обратная задача по восстановлению ансамбля конусов КВМ с различной высотой, шириной и отклонением от радиального направления, и в третьих результирующее направление КВМ в 3D оценивалось в результате поиска параметров КВМ, для которых ортогональная проекция конуса на сферу была максимально близка к геометрии димминга в конце его импульсной фазы развития. Практическая осуществимость метода была продемонстрирована на примерах двух событий 1 октября 2011 г. и 6 сентября 2011 г. С помощью метода DIRECD было обнаружено, что для события 1 октября 2011 г. проекции конусов КВМ на сферу максимально близки к геометрии димминга в конце его импульсной фазы развития для следующих параметров КВМ: высота - 1.04 RSun (высота, на которой КВМ все еще остается связанным с диммингом), ширина - 48.7 градусов и угол отклонения - 24.3 градуса. Дополнительно, проецируя полученное 3D направление на меридиональную и экваториальную плоскости, было получено, что КВМ направлен на юго-восток (21 градус на юг и 12 градусов на восток) от радиального направления. Для события 6 сентября 2011 г. было получено, что проекции конусов КВМ на сферу максимально близки к геометрии димминга для следующих параметров КВМ: высота - 1.394 RSun, ширина - 50.2 градусов и угол отклонения - 25.1 градусов. Было также дополнительно показано, что КВМ направлен на северо-запад (22 градуса на север и 15 градусов на запад) от радиального направления. 5. Была выполнена валидация метода DIRECD на основе 3D реконструкции расширенных арок КВМ с использованием EUV-изображений STEREO-A и STEREO-B в нижних слоях солнечной короны, где предполагается, что КВМ еще связан с диммингом а также на основе 3D реконструкции КВМ с помощью модели GCS по данным изображений коронографов STEREO-A/STEREO-B COR 2 в белом свете в более высоких слоях короны. Было показано, что направление КВМ с помощью метода DIRECD в целом совпадает с направлением КВМ, определенным в результате 3D реконструкции в нижней EUV короне, а также в результате 3D реконструкции КВМ с помощью модели GCS в более высокой короне. Для события 6 сентября 2011 г., было показано, что высота конуса КВМ, полученного по методу DIRECD (1.39 RSun) близка к высоте внутренней части круассана GCS (1.45 RSun). Поскольку и конус КВМ по методу DIRECD, и круассан GCS восстанавливаются одновременно в конце импульсной фазы развития димминга (пузырь КВМ уже виден на коронографах в это время), это подтверждает аргумент о том, что распространение КВМ связано с диммингом и оставляет следы в нижней короне лишь до ограниченной высоты. 6. Таким образом, впервые были предложены методы использования димминга как раннего индикатора направления КВМ, что имеет большое практическое значение и актуальность для обеспечения ранних прогнозов космической погоды и понимания ранней эволюции КВМ.

 

Публикации

1. Джаин Ш., Подладчикова Т.,Чикунова Г., Диссауэр. К., Верониг А.М. Coronal dimmings as indicators of early CME propagation direction Astronomy and Astrophysics, - (год публикации - 2023)

2. Чикунова Г.П., Подладчикова Т.В.,Диссауэр. К., Верониг А.М., Думбович М., Теммер М., Диксон Е. Three-dimensional relation between coronal dimming, filament eruption, and CME Astronomy and Astrophysics, том 678, номер статьи A166, 14 стр. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1051/0004-6361/202347011

3. - Ученые научились предсказывать солнечные бури по диммингам на Солнце Naked Science, - (год публикации - )

4. - Ученые научились предсказывать солнечные бури по диммингам на Солнце ХАБР, - (год публикации - )

5. - Ученые научились предсказывать солнечные бури по диммингам на Солнце РНФ, - (год публикации - )